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摘要：在瓦特鎳鍍液中加入添加劑后獲得較穩(wěn)定的懸濁液，利用這種鍍液制得珠光效果良好的珍珠鎳鍍層。考察了添加劑用量、鍍液溫度與pH、電流密度等工藝條件對珍珠鎳鍍層外觀的影響，并對珍珠鎳鍍層的耐蝕性進行了研究。掃描電鏡下觀察到珍珠鎳鍍層表面有無數重疊的圓形凹坑，直徑約20～30 m，這些凹坑在光照下會發(fā)生較強的漫反射，在宏觀上表現出柔和的珍珠效果。陽極極化曲線測試結果表明，珍珠鎳鍍層的耐腐蝕性優(yōu)于半光亮鎳鍍層。
關鍵詞：電鍍；珍珠鎳；添加劑；耐蝕性；陽極極化曲線
中圖分類號：TQ153、12 文獻標識碼：A
文章編號：1004—227XI2006)10—0008—03
1 前言
珍珠鎳又稱緞面鎳、沙丁鎳(satin nicke1)，外觀為乳白色，光澤柔和，內應力低，防腐蝕性好，是一種優(yōu)良的防護裝飾性鍍層。珍珠鎳電鍍工藝最早出現于20世紀50年代末，90年代以后發(fā)展很快¨ 。珍珠鎳可以直接作為防護裝飾性涂層，也可以在珍珠鎳上再鍍覆其他金屬，如鉻、金、銀等，形成沙鉻、沙金和沙銀，其防護裝飾效果更強。目前，珍珠鎳鍍層已經在汽車裝飾、電子產品、日用五金、文化用品等行業(yè)中得到廣泛應用。
早期的珍珠鎳鍍層是通過機械法制得的，這種方法獲得的鍍層表面粗糙，無光澤，而且勞動強度大，已逐漸被淘汰。目前珍珠鎳電鍍一般有2種方法：復合電鍍法和乳化劑法，前一種方法因為珍珠鎳鍍層光澤度不理想，鍍液不易維護而使其應用受到限制；后一種方法是在瓦特鎳鍍液中加入低濁點的非離子表面活性劑，形成乳濁液，利用液滴在陰極表面的吸附與脫附，得到珍珠鎳鍍層，采用這種方法制得的珍珠鎳鍍層表面有無數重疊的凹坑，在宏觀上表現出柔和的珍珠效果，但在工業(yè)生產過程中這種鍍液需要配備冷熱循環(huán)裝置，操作比較繁瑣。
本文在大量試驗的基礎上開發(fā)出新型珍珠鎳添加劑，制備出珠光效果優(yōu)良的珍珠鎳鍍層。同時對珍珠鎳電沉積工藝進行了全面研究，確定了最佳工藝條件，并且對珍珠鎳鍍層的耐蝕性和結合力進行了測試
2 實驗方法
2．1 赫爾槽實驗及掛片實驗
基礎鍍液為瓦特型鍍鎳溶液：250～400 g／LNiSO4·7H2O ，30 ～50 L NiC12·5H2O ，30 ～40 LH BO 。加入添加劑后進行霍爾槽實驗和掛片實驗，確定最佳工藝條件。赫爾槽實驗：采用267 mL的霍爾槽，實驗時取約250 mL電解液，陽極為純鎳板，陰極為經過拋光的紫銅片，尺寸為100 mm×60 mm，厚度為1 mm，通過霍爾槽的總電流為2 A，電鍍時間為15 rain。掛片實驗：鍍液體積為500 mL，陽極為純鎳板，陰極鍍片為經過拋光的25 mm×40 mm紫銅片。
2．2 鍍層表面形貌
利用捷克TESCAN／TS-5130SB型掃描電子顯微鏡觀察珍珠鎳鍍層的表面形貌，放大倍數分別為500倍、1000倍。
2．3 鍍層的耐蝕性測試
利用上海辰華CHI660B型電化學工作站測量珍珠鎳鍍層在ω=：3．5％ NaC1溶液中的陽極極化曲線，掃描速率為1 mV／s，考察珍珠鎳鍍層的耐蝕性能。
3 結果與討論
3．1 添加劑的用量對珍珠鎳鍍層的影響
添加劑A是由糖精、雙苯磺酰亞胺等鍍鎳光亮劑組成，其主要作用是細化晶粒，減小鍍層的內應力，提高或調節(jié)鍍層的光澤，并在一定程度上提高鍍液的抗雜能力，其用量限制不嚴，但添加量過低鍍層沒有光澤，過高則鍍層太亮影響珠光效果，一般為2～10 mL／L。
添加劑B由琥珀酸酯鹽類陰離子表面活性劑、羧酸鹽類陰離子表面活性劑和季銨鹽類陽離子表面活性劑等按一定比例混合組成。當瓦特鎳鍍液中添加劑B的加入量小于6 mL／L時，得到的鎳鍍層珍珠效果很淡，此時電極表面形貌如圖1(a)所示；而添加劑B的加入量過大(大于20 mL／L)時，鍍鎳層應力增大，電極表面出現黑點(見圖1(b))，鍍層的珠光效果也很差。一般添加劑B 的加入量應控制在6～20 mL／L，此時可得到珠光效果理想的鎳鍍層，其掃描電鏡形貌見圖2。從圖2中可以看出，在珍珠鎳鍍層表面存在很多重疊的凹坑，直徑大約在20～30 m之間。光照射時，鍍層表面發(fā)生較強的漫反射，外觀柔和，有珍珠效果。
添加劑B加入到瓦特鎳鍍液中會形成許多細小的“乳滴”，均勻地分散于鍍液中。乳滴表面因吸附陽離子表面活性劑而帶正電，電鍍時這些乳滴在電場的作用下吸附在陰極表面，阻止了鎳離子在陰極上的沉積，乳滴脫附后鎳離子則可以正常沉積。這種陰極表面上乳滴的反復吸附、脫附現象導致鍍層表面出現了無數的凹坑，在宏觀上就使鍍層產生了珍珠效果。添加劑B含量較少時，在陰極表面吸附的乳滴少，得到的鎳鍍層表面凹坑少，珠光效果很淡；而添加劑B含量較多時，鍍液中顆粒在陰極表面大量吸附，嚴重影響了鎳的正常沉積，鍍鎳層表面質量變差，基本無珠光效果。 3．2 鍍液基礎成分對珍珠鎳鍍層的影響 改變鍍液中主鹽硫酸鎳的濃度，電鍍珍珠鎳鍍層。鍍液中硫酸鎳含量在250～400 g／L范圍內均能得到良好的珍珠鎳鍍層，而且隨著硫酸鎳濃度的升高，鍍層的出沙時間縮短。 在鍍液中加入氯化鎳可增加鍍液的導電能力，并使陽極活化，促進陽極正常溶解，但氯化鎳濃度過高會造成鍍層內應力增加，并影響鎳鍍層的珠光效果。硼酸作為緩沖劑，用量應控制在30～40g/L 3．3 鍍液pH對鎳鍍層的影響 控制鍍液中硫酸鎳含量為400 g／L，氯化鎳含量為40 g／L，添加劑A為8 mL／L，添加劑B為16 mL／L，鍍液溫度為55℃ ，改變鍍液pH，進行掛片實驗。結果表明：鍍液pH在3．8～5．2的范圍內均能得到合格的珍珠鎳鍍層；pH過低時，沉積過程電極表面析氫較嚴重，鍍層表面出現“氣流”痕跡；pH過高時，鍍鎳層 的珠光效果差，而且鍍層脆性大。 3．4 鍍液溫度對鎳鍍層的影響 控制鍍液中硫酸鎳含量為400 g／L，氯化鎳含量為40 g／L，添加劑A為8 mL／L，添加劑B為16 mI／L，鍍液pH為3．8～5．2之間，改變鍍液溫度，進行掛片實驗。結果表明，鍍液溫度應控制在50～60℃ 之間。鍍液溫度低于50℃ 時，鍍層的珠光效果較淡：隨著鍍液溫度的升高，鍍液中鎳離子的還原速度和乳滴的移動速度相應加快，出沙時間縮短，珠光效果增強；但溫度高于60 cC時，添加劑易發(fā)生分解，在鍍層表面形成黑點。 3．5 電流密度對鎳鍍層的影響 通過赫爾槽實驗考察了電流密度對珍珠鎳鍍層的影響，赫爾槽實驗樣片如圖3所示。從圖中可以看出，在試片的大部分范同內都能得到珍珠鎳鍍層。根據公式i =j(4．47 —4．13 lg 1)(其中f=0．5～9．5 cm)E 61，計算出電鍍珍珠鎳鍍層的電流密度區(qū)間約為2～12 A／dm2 。 掛片實驗結果表明，在無攪拌、電流密度在3～10 A／dm 之間電鍍5～10 min，即可得到合格的珍珠鎳鍍層。電鍍時間低于5 min時，鎳鍍層厚度較薄，珠光效果較淡。 3．6 珍珠鎳鍍層的耐蝕性能 珍珠鎳鍍層與半光亮鎳鍍層在ω=3．5％ NaC1溶液中的陽極極化曲線如圖4所示。從圖中可以看出，珍珠鎳鍍層的腐蝕電位較半光亮鎳鍍層正，陽極腐蝕電流密度降低(腐蝕電位在大于一0．13 V時陽極電流密度明顯要小)，說明珍珠鎳鍍層的耐腐蝕性優(yōu)于半光亮鎳鍍層。 3．7 珍珠鎳鍍層結合力 采用彎曲試驗法 測定珍珠鎳鍍層的結合力，被測試片為25 mm×40 mm鍍有珍珠鎳的銅片。彎曲試驗是將試片反復彎曲直到基體和鍍層一起斷裂，觀察斷口處鍍層的附著情況。實驗結果表明，珍珠鎳鍍層的結合力良好，直至試片折斷也未出現鍍層脫落現象。 4 結論 (1)通過赫爾槽實驗及掛片實驗確定了電鍍珍珠鎳的最佳制備工藝： (2)采用本工藝制備的珍珠鎳鍍層光澤柔和，耐腐蝕性和結合力良好，而且鍍液無需配備冷熱循環(huán)裝置，操作簡單，進行一般過濾后，補加添加劑即可重復使用，鍍液的穩(wěn)定性好于采用一般非離子表面活性劑的乳濁液型珍珠鎳鍍液。 參考文獻： [1] 屠振密，韓書梅，楊哲龍，等．防護裝飾性鍍層[M]，北京：化學1業(yè)}{l版社，2003：251 252． [2] 宋益人，沈光亞．珍珠鎳電鍍[J]，電鍍與精飾，2002．24(3)：33． 34． [3] 石磊，王清，_f澤波，等，沙霧鎳電鍍i 藝探討[J ，表面技術，2004，33(3) 6I-62， [4] 成旦紅，徐偉一，緞面鎳電鍍I藝[J]．材料保護，1995，28(5)： 12 13． [5] 張宏祥，王為．電鍍工藝學[M]，天津：天津科學技術}IJ版社， 2002：68-69， [6] 曾華梁，吳仲達，陳鈞武，等．電鍍工藝手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社．1997：770-771．
